丙烯制冷壓縮機(jī)超溫處理及改造建議

曹燚

【摘 要】丙烯壓縮機(jī)系統(tǒng)作為煤化工裝置的重要設(shè)備凸顯了其重要性，工藝波動(dòng)及設(shè)計(jì)角度對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行均具有一定的影響，論文通過介紹目前國內(nèi)常用的丙烯壓縮機(jī)系統(tǒng)存在的問題，提出了發(fā)生超溫時(shí)的處理方案，并針對(duì)目前設(shè)備存在的問題提出了改造建議，以避免設(shè)備發(fā)生超溫等重大事故。

【Abstract】The propylene compressor system is an important equipment of coal chemical equipment， the technological fluctuation and design angle has certain effect on the long period operation of equipment， the paper introduces the problems existing in present commonly used domestic propylene compressor system， puts forward the processing scheme of over temperature， and puts forward improvement suggestions aiming at the problems of the equipment， in order to avoid the occurrence of overheating accident.

【關(guān)鍵詞】丙烯制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)；超溫處理；改造

【Keywords】propylene refrigeration compressor system； over temperature treatment； modification

【中圖分類號(hào)】TB652 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）09-0166-02

1 丙烯壓縮機(jī)單元概述

我國富煤少油，石油資源需要大量進(jìn)口，煤制烯烴逐漸被國家層面認(rèn)可為減少烯烴對(duì)外依賴性、有助于烯烴產(chǎn)業(yè)安全的新型煤化工路徑，其中丙烯制冷壓縮機(jī)已成為煤化工裝置里的重要設(shè)備，熟稱“冰機(jī)”，冰機(jī)單元主要是為酸性氣體脫除單元提供冷量，制冷介質(zhì)為丙烯，利用丙烯蒸發(fā)吸收熱量提供所需冷量，一般為蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。

目前國內(nèi)設(shè)計(jì)的冰機(jī)單元為了降低投資成本，壓縮機(jī)一般都未設(shè)計(jì)防喘振線冷卻器，一旦工藝變化造成防喘振閥持續(xù)打開，丙烯介質(zhì)循環(huán)，易造成介質(zhì)過熱，壓縮機(jī)本體、設(shè)備管道、儀表閥門一旦超溫，將造成巨大損失。發(fā)生超溫時(shí)系

統(tǒng)性的檢修處理方案和從根本上進(jìn)行設(shè)計(jì)改造顯得極為重要。

以某廠丙烯制冷壓縮機(jī)為例，其采用沈鼓水平剖分離心式壓縮機(jī)（型號(hào)3MCL707），如圖1，壓縮機(jī)機(jī)殼材質(zhì)09MnNiD，隔板材質(zhì)ZG230-450/16Mn/QT400-18，級(jí)間和軸端氣封為鎂鋁合金，主軸為40NiCrMo7，出入口管道材質(zhì)為ASTM A333 Gr.6，其他附屬靜置設(shè)備參數(shù)如下：

①壓縮機(jī)一段入口分離罐：設(shè)計(jì)壓力2.2MPa；設(shè)計(jì)溫度-45/55℃；主體材料為09MnNiDR及其配套的09MnNiD鍛件及09MnD接管。

②二段入口分離罐：設(shè)計(jì)壓力2.2MPa；設(shè)計(jì)溫度-45/55℃；主體材料為09MnNiDR及其配套的09MnNiD鍛件及09MnD接管。

③壓縮機(jī)出口冷凝器為固定管板換熱器，其殼程：設(shè)計(jì)壓力2.2MPa；設(shè)計(jì)溫度-45/130℃；主體材料為09MnNiDR及其配套的09MnNiD鍛件；管板為09MnNiD鍛件；換熱管為09MnD無縫管。

2 超溫檢查處理內(nèi)容

冰機(jī)單元發(fā)生超溫停機(jī)事故，涉及大量的管線、設(shè)備和儀表，一旦發(fā)生超溫，建議對(duì)出現(xiàn)超溫問題的管道、設(shè)備、儀表重新檢測(cè)，具體建議如下：

2.1 丙烯管線超溫后材料驗(yàn)證措施

根據(jù)GB/T 20801.2規(guī)定，碳素鋼和碳錳鋼在高于425℃下長(zhǎng)期使用時(shí)，應(yīng)考慮鋼中的碳化物相的石墨化傾向。因?yàn)樵谶@種條件下，鋼中的滲碳體會(huì)發(fā)生分解，F(xiàn)e3C→3Fe+C（石墨），這一分解使鋼中的珠光體部分或全部消失，使材料的強(qiáng)度和塑性下降，沖擊韌性下降更大，鋼材明顯變脆。

第一， 根據(jù)實(shí)際操作數(shù)據(jù)初步判定是否失效。

如管線實(shí)際運(yùn)行超溫，設(shè)計(jì)無溫度聯(lián)鎖，將超過計(jì)量量程，實(shí)際超溫溫度不可知，難以確定是否超過該管線材料ASTM A333 Gr.6的最高使用溫度425℃，因此從操作數(shù)據(jù)上無法判定該材料是否可以繼續(xù)使用。

第二，取樣試驗(yàn)檢測(cè)判定是否失效。

為檢測(cè)管線超溫后實(shí)際性能，需在與壓縮機(jī)連接的所有超溫管線管口端各截取一段試樣，進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)（包括拉伸性能、屈服強(qiáng)度、低溫沖擊試驗(yàn)、硬度等），并與該管線原材料質(zhì)保書對(duì)比，所有檢測(cè)指標(biāo)與原材料質(zhì)保書接近、并且不應(yīng)低于ASTM A333 Gr.6標(biāo)準(zhǔn)要求為合格。

第三， 對(duì)超溫管線上下游管道焊縫（環(huán)焊縫和縱焊縫）處進(jìn)行硬度檢測(cè)，硬度值宜與原材料質(zhì)保書接近并且≤HBW190。

第四，對(duì)距離壓縮機(jī)最近的超溫管線上，抽檢兩臺(tái)閥門按原技術(shù)文件《低溫閥門》（SPTS-PD15-T001）要求做-46℃低溫密封試驗(yàn)。

根據(jù)最終取樣檢測(cè)結(jié)果，綜合判定管線材料是否仍可繼續(xù)使用。

2.2 超溫后靜置設(shè)備驗(yàn)證措施

第一，超溫管線相連的靜置設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)。

冰機(jī)單元主要靜置設(shè)備的主體材料（09MnNiDR板材、09MnNiD鍛件、09MnD接管）按GB150.2-2011的要求，其使用溫度上限值為350℃。設(shè)備超溫后將造成設(shè)備材料本身力學(xué)性能的降低，對(duì)于固定管板換熱器還可能會(huì)因熱應(yīng)力的影響造成焊接接頭的開裂。endprint

第二， 檢查建議。

①建議委托國內(nèi)有資質(zhì)的權(quán)威檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)一段入口分離罐、二段入口分離罐、壓縮機(jī)出口冷凝器進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估。檢驗(yàn)時(shí)宜取得同一批次、同一規(guī)格、同一熱處理制度的原材料（或取用部分設(shè)備內(nèi)構(gòu)件材料）。利用該原材料先模擬設(shè)備的制造過程（主要是焊接過程、熱處理過程等，如果該設(shè)備有返修記錄，還應(yīng)模擬設(shè)備的返修過程。上述過程應(yīng)按該設(shè)備竣工資料中的數(shù)據(jù)實(shí)施焊接、返修、熱處理等）；再模擬該設(shè)備在使用過程中的超溫過程（應(yīng)按該設(shè)備超溫過程的實(shí)際記錄曲線進(jìn)行）；然后再分別檢驗(yàn)?zāi)M試件焊接接頭和母材的各項(xiàng)力學(xué)性能（拉伸試驗(yàn)、低溫夏比KV2沖擊試驗(yàn)等）[1]。

② 對(duì)壓縮機(jī)出口冷凝器殼程所有焊接接頭（包括換熱管與管板之間的焊接接頭）進(jìn)行無損檢測(cè)，以確保無損壞。

③ 如果一段入口分離罐、二段入口分離罐、壓縮機(jī)出口冷凝器能夠再次使用，建議在使用前進(jìn)行一次壓力試驗(yàn)。

2.3 丙烯管線超溫后儀表驗(yàn)證

第一，管線安裝配套的4臺(tái)閥門墊片材質(zhì)TFE高于200℃開始熱解，墊片需進(jìn)行更換，閥體材質(zhì)與管道材質(zhì)相同，可不用單獨(dú)做閥體材質(zhì)理化性能測(cè)試。

第二，管線安裝配套的2臺(tái)遠(yuǎn)傳壓力變送器膜盒填充液Syltherm XLT，使用溫度-75～145℃，需進(jìn)行檢查更換。

第三，沈鼓成套的2臺(tái)閥門墊片材質(zhì)PTFE，最高使用溫度260℃，墊片需要進(jìn)行更換。

2.4 丙烯管線超溫后支架檢查

管線支架多為碳素結(jié)構(gòu)鋼，因管道均包有保溫和保冷層，對(duì)支架強(qiáng)度影響很小[2]。

另外，超溫后丙烯制冷壓縮機(jī)揭蓋大修時(shí)，除常規(guī)檢修外，還應(yīng)重點(diǎn)檢查以下幾個(gè)方面：

第一，轉(zhuǎn)子定位端在非驅(qū)動(dòng)端，超溫會(huì)使轉(zhuǎn)子熱膨脹，造成驅(qū)動(dòng)端軸端氣封與轉(zhuǎn)子端部磨損，磨損的金屬屑極易造成干氣密封環(huán)磨損失效，故須進(jìn)行氣封更換及間隙調(diào)整，干氣密封更換，轉(zhuǎn)子檢查修復(fù)，高速動(dòng)平衡校驗(yàn)[3]。

第二，轉(zhuǎn)定子同軸度復(fù)查及調(diào)整。需檢查轉(zhuǎn)子與機(jī)殼密封腔、葉輪隔板的同軸度，并保證各部氣封間隙符合廠家設(shè)計(jì)要求。

第三，壓縮機(jī)通流部分的葉輪隔板有無熱裂紋、氣封有無熱變形和磨損均須檢查。

第四，機(jī)殼裂紋檢查，變形檢查，水平剖分式的壓縮機(jī)中分面的揚(yáng)度檢查，上下機(jī)殼接觸間隙檢查。機(jī)殼按要求檢查回裝緊固中分面螺栓后用塞尺復(fù)查中分面間隙不大于0.05mm，且氣密合格。

第五，壓縮機(jī)出入口墊片更換，機(jī)組找正，管道連接無應(yīng)力檢查。

3 改造建議

第一，二級(jí)出口設(shè)置排氣溫度高高聯(lián)鎖。

第二，新建裝置從設(shè)計(jì)角度可以考慮設(shè)計(jì)防喘振線冷卻器。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李泉華.熱處理實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

【2】束德林.工程材料力學(xué)性能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

【3】劉鳴放，劉勝新.金屬材料力學(xué)性能手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2011.endprint